机械挺柱结构发动机缸盖——异响原因及分析

高冠中，于海洋

哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司

机械挺柱结构发动机缸盖
——异响原因及分析

高冠中，于海洋

哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司

发动机异响标志发动机某一机构的技术状态已发生变化，主要原因是有些零件磨损过甚或装配、调整不当引起的。发动机缸盖内异响故障是一种普遍发生在各个发动机生产厂家的典型故障，由于每款发动机缸盖内的结构不同，造成缸盖异响的发生部位不同。本文以分析影响某公司X系列发动机缸盖异响的关键因素作为主线，以发动机缸盖为机械挺柱结构及工作原理作为依据，通过评审现场装配工艺、过程质量管控、外购件质量、设计尺寸等手段，利用大量的实验数据作为支持，对影响发动机缸盖异响的关键因素一一进行阐述。

缸盖异响；现场装配工艺；过程质量管控；外购件质量；设计尺寸

前言：

X系列汽车发动机是某汽车发动机公司的全新研发产品，投放市场6个月来已量产4万台，预计15年产量约15万台，主要匹配集团公司内C平台车型。在X系列汽车发动机的台架试验中，当发动机转速达到起车1200rpm左右或怠速水温达到80℃以上时，发动机排气侧会明显听到清脆的“哒哒”异响声，经确认异响来源于缸盖内部，由于无法快速的查找出问题的原因，缸盖异响故障机持续再现，故障率为15%左右，通过多次的返修检查及验证，找出构成此类问题的真因。

一．确认异响发声部位

目前，该公司对于异响的判定主要是依据以下两种判定方式：

1.人工经验判定法

试验人员通过改变发动机转速等措施使异响再现,找出异响特征和规律并了解异响出现时发动机的运行状况及故障现象,进而判断出异响部位这是目前使用最普通也是最主要的方法。

2.仪器辅助诊断法

由于人工经验判定法的准确率较低,因此常用一些仪器设备来辅助听诊与分析,常用的仪器主要有听诊器,噪声器,振动分析仪等，进一步确认缸盖异响的根本发声部位。

对于已经确认缸盖内异响的故障机，通过NVH实验得到测试数据：

进气侧4缸、排气侧振动频率明显分散。

结论：异响在进气侧4缸、排气侧处，周期性发生，异常振动发生在气门关闭时刻附近，判断为气门落座声音大导致。

从结构图中分析出，导致气门落座声音大的主要影响因素有气门、缸盖、气门弹簧、机械挺柱、凸轮轴、凸轮轴盖的质量，还与气门间隙、凸轮轴盖拧紧工艺有关。

依据X系列发动机缸盖的结构组成、工作原理、装配过程，通过返修及实验发现：与气门间隙不均匀、凸轮轴盖螺栓拧紧工艺不一致、机械挺柱清洁度、缸盖机械挺柱孔清洁度、气门杆颈与导管间隙相关。

二、下面就对以上这几方面进行论证：

1.气门间隙

理论气门间隙过大是造成缸盖异响的主要因素，X系列发动机机械挺柱采取设备自动测量计算得出目标间隙的级别挺柱，工艺范围进气气门间隙0.19±0.03mm、排气气门间隙0.29±0.03mm，初期80%返修的故障机都为更换不同级别挺柱，调整气门间隙，推断装配过程中间隙范围过大，进、排气侧间隙不均匀，导致缸盖异响。

采取对策：调整设备参数，设定目标值，在间隙复校工位保证进气侧间隙0.15-0.19mm、排气侧0.25-0.29mm进行装机。

2.凸轮轴盖拧紧工艺

对比该公司R系列发动机缸盖异响故障率，排查装配过程工艺，发现拧紧机拧紧顺序发面存在差异，目前X系列发动机采取一次拧紧，系列采取拧紧-松开-最终拧紧，分析差异点R系列拧紧工艺的目的，得到结论X系列发动机一次拧紧后，凸轮轴拧紧过程中压紧的应力释放不出来，导致缸盖异响，采取对策：X系列拧紧顺序更改为拧紧-松开-最终拧紧的方式，经过100台实验，故障率下降到6%。

3.机械挺柱、缸盖分总成清洁度

在返修过程中，机械挺柱轴向外端面有异常划伤现象，在机械挺柱、缸盖装配前进行检查发现，机械挺柱多处粘有异物、缸盖机械挺柱孔内壁留有毛刺。

采取对策：机械挺柱装配前清理异物、缸盖分总成装配前进行毛刺清理。

实验100台机械挺柱装配前进行清理、强化毛刺检查后气缸盖投入生产验证，有3台缸盖异响，缸盖比例下降到3%。

4.气门杆颈与导管间隙

2014年11月初对于以上几个因素已经得到有效控制后，缸盖异响故障机仍然持续再现，PPM值在30000以上，缸盖异响故障机仍然未从根本上解决，分析11月份装机零件、气门间隙、凸轮轴盖拧紧顺序没有任何变更，推测异响原因为气门杠颈与导管间隙有直接的因素。为此，该公司组织对间隙进行调整，对于气门杆颈尺寸公差调整，进行NVH测试气门杆颈尺寸变更后，振动频率明显集中分布。

结论：气门杆颈与导管间隙过大导致异响。

采取对策：对气门杆颈设计尺寸变更，以减小与导管间隙。

结论：随着汽车发动机制造行业技术的迅猛发展，缸盖结构为机械挺柱以广泛应用，本文以某公司X系列发动机典型故障---缸盖异响为研究对象，通过大量的实验验证，找出一系列导致缸盖异响的主要因素，并采取有效的措施一一解决。总结出以下结论：生产过程中出现质量问题，在整个流程中对产品质量的变异进行调查与分析，应用概率论及数理统计方法来精确地找出主要因素，加强产品质量过程控制、完善工艺规程，加大质量控制的监督、检查力度，同时采取有效的措施、多种的形式完善质量管理制度，提高管理水平，随着质量意识的不断加强，管理水平的逐步提升，质量文化氛围的不断深厚，产品质量问题发生几率会越来越低，企业的发展也一定会得到有力的保证。